好新無碳小車說明書

1、第2章 工作原理和設(shè)計理論推導(dǎo)1. 總體結(jié)構(gòu) 無碳小車模型主要由一個轉(zhuǎn)向輪和兩個驅(qū)動輪以及幾個大小齒輪組成，其中小車中的轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動輪，齒輪，支撐塊，橫桿，木板等如下圖所示。 2. 整體結(jié)構(gòu)的初步設(shè)定尺寸如下 驅(qū)動輪直徑D=120mm 采用橡膠材料 轉(zhuǎn)向輪直徑d=30mm 采用橡膠材料 底板厚度e=5mm 采用木材3. 驅(qū)動軸及轉(zhuǎn)向軸上輪子的定位介紹 驅(qū)動輪采用橡膠結(jié)構(gòu)，軸嵌入輪中，采用過度配合，由于橡膠的彈性性能好，可以使軸得到縱向及橫向的約束。 第3章.無碳小車設(shè)計的理路指導(dǎo) 3.1 小車的運(yùn)動原理以及如何實(shí)現(xiàn)正余弦曲線1.小車的運(yùn)動原理重物的牽引帶動原動輪輪的轉(zhuǎn)動，原動輪的轉(zhuǎn)動帶動齒輪輪

2、，再根據(jù)兩齒輪之間的齒輪粘合帶動驅(qū)動輪和齒輪的轉(zhuǎn)動，帶動齒輪盤的轉(zhuǎn)動，從而使方向桿左右運(yùn)動的同時，前后運(yùn)動，桿的偏轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，根據(jù)驅(qū)動輪輪和轉(zhuǎn)向輪的合運(yùn)動，小車就可以按照要求一邊行走一邊轉(zhuǎn)彎。 梯形原動輪 2.梯形原動輪的原理1.在起始時原動輪的轉(zhuǎn)動半徑較大，起動轉(zhuǎn)矩大，有利起動。2.起動后，原動輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車勻速運(yùn)動。3.當(dāng)物塊距小車很近時，原動輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動輪勻速轉(zhuǎn)動，但是由于物塊的慣性，仍會減速下降，原動輪的半徑變小，總轉(zhuǎn)速比提高，小車緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車。 初步啟動時轉(zhuǎn)矩大約是360N.mm，

3、滾動摩擦力大約為F=320N.mm，小車可以正常起步。3.2 小車各個尺寸設(shè)計的推導(dǎo)： 無碳小車二維示意圖根據(jù)題目中賽道寬度2m，以及每間隔1m，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒，以及賽道的大致行走路線（如圖四），我組擬定一些實(shí)際尺寸的大小以及推導(dǎo) 無碳小車在重力勢能作用下自動行走示意圖 考慮到要使小車的運(yùn)動軌跡盡可能沿直線運(yùn)動,繞過的障礙物越多,但又得考慮要使小車不碰到障礙物,經(jīng)過我組在各方面的考慮,小車的寬度定為24cm, 底板M的厚度為5mm，小車的長度200mm，而轉(zhuǎn)向輪的直徑為30mm,經(jīng)網(wǎng)上查得,橡皮輪胎與干地面之間的動摩擦因素為0.71。根據(jù)運(yùn)動軌跡路線，它須偏離

4、直線方向35cm以及兩圓柱障礙物的實(shí)際距離為98cm，我們采用Matlab軟件模擬得E齒輪半徑為10mm，齒輪盤半徑為64mm，底板厚度為5mm，軸1和軸2直徑為6mm，方向桿的長度為160mm，方向桿與齒輪盤的連接點(diǎn)的半徑55mm， B齒輪的厚度為20mm，D齒輪的厚度為17mm，轉(zhuǎn)向支撐塊中孔的寬高大小為3-6mm，轉(zhuǎn)向輪和驅(qū)動輪的寬度為1cm。 驅(qū)向輪所獲得的摩擦阻力大約為6N,假定兩驅(qū)向輪的直徑為120mm,則其轉(zhuǎn)矩M=F*R=360N.m,由于該車子的運(yùn)動基本上是勻速運(yùn)動,所以同軸上的轉(zhuǎn)矩相等,所以D齒輪的轉(zhuǎn)矩也為60N.m,設(shè)其半徑為r ,則B、D邊緣所受到的力FD=FB=60/r

5、 ,所以D齒輪的轉(zhuǎn)矩為MD=FD*RD=60R/r ,因?yàn)樾≤囀莿蛩傩惺?所以物體下降也應(yīng)該是勻速下降,A齒輪的轉(zhuǎn)矩:MA=mg*RA=10*10=100N.m,又根據(jù)同一軸上轉(zhuǎn)矩相等,所以B的轉(zhuǎn)矩:MB=MA=100N.m,得RB/rD=3.6。如何實(shí)現(xiàn)正余弦曲線重物的牽引帶動原動輪輪的轉(zhuǎn)動，原動輪的轉(zhuǎn)動帶動齒輪輪，再根據(jù)兩齒輪之間的齒輪粘合帶動驅(qū)動輪和齒輪的轉(zhuǎn)動，帶動齒輪盤的轉(zhuǎn)動，從而使方向桿左右運(yùn)動的同時，前后運(yùn)動，桿的偏轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，根據(jù)驅(qū)動輪輪和轉(zhuǎn)向輪的合運(yùn)動，小車就可以按照要求一邊行走一邊轉(zhuǎn)彎。方向桿轉(zhuǎn)動一個周期，小車的轉(zhuǎn)向輪同時也轉(zhuǎn)動了一個周期。 通過運(yùn)用matlab計算結(jié)

6、果及模擬得到，其行進(jìn)的路線大體是呈一正玄曲線 Y=0.35sinx 求導(dǎo)得到在每個位置的轉(zhuǎn)角的正切大小： Y=0.35cosx ；我們可以得到前輪的最大轉(zhuǎn)角為36 第3章.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)簡圖 采用凸輪推桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4.1 自由度的計算 平面機(jī)構(gòu)自由度，由于在平面機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件只做平面運(yùn)動，所以每個自由機(jī)構(gòu)只具有三個自由。而每個平面低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）個提供兩個約束，每個平面高副只提供一個約束。設(shè)平面機(jī)構(gòu)中共有n個活動構(gòu)件（機(jī)架不是活動構(gòu)件），在個機(jī)構(gòu)件尚未用運(yùn)動副連接時，它們共有3n個自由度。而當(dāng)個機(jī)構(gòu)用運(yùn)動副連接之后，設(shè)共有P1個低副和Ph個高副，則它們提供（2P1+Ph）個約束，

7、故機(jī)構(gòu)的自由度為 F=3n-（2P1+Ph） 機(jī)構(gòu)簡圖 F=3n-（2P1+Ph）=1得出此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)。4.2 齒輪傳動根據(jù)本機(jī)構(gòu)選擇直尺圓柱齒輪傳動。4.24. 齒輪的尺寸計算齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑孔徑b齒寬第5章 計算1.齒輪設(shè)計(1) 、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)。 1）按簡圖所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。 傳動簡圖 2）、此裝置運(yùn)轉(zhuǎn)速度不高，故選用7級精度。3）、材料選擇。齒條材料為40鋼（?；?，硬度為200HBS，齒輪材料為ZG310-570硬度為160HBS，二者材料硬度差為40HBS。4）、齒輪齒數(shù)z1=17 z2=z1*3.6=612) 初步

8、設(shè)計齒輪主要尺寸 (1) 設(shè)計準(zhǔn)則:先由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 (2) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，即 1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值.試選載荷系數(shù)。.計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 .由機(jī)械設(shè)計表10-7選取齒寬系數(shù)。.由機(jī)械設(shè)計表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。.由機(jī)械設(shè)計圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。.計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（假設(shè)的轉(zhuǎn)速為240r/min）.由機(jī)械設(shè)計圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；。.計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1 2.計算. 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 .計算圓周速度。 .計算齒寬。

9、.計算齒寬與齒高之比 模數(shù) 齒高 .計算載荷系數(shù) 根據(jù)，7級精度，由機(jī)械設(shè)計圖10-8查得動載系數(shù)； 直齒輪，； 由機(jī)械設(shè)計表10-2查得使用系數(shù)； 由機(jī)械設(shè)計表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱分布時，； 由，查機(jī)械設(shè)計圖10-13得 故載荷系數(shù).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 .計算模數(shù) (3).按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式 1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值.由機(jī)械設(shè)計圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；.由機(jī)械設(shè)計圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；.計算彎曲疲勞許用應(yīng)力； 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，有 .計算載荷系數(shù)； .查

10、取齒形系數(shù)；齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)z(zv)171819226272829YFa2.972.912.852.802.762.722.692.652.622.602.572.552.53YSa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62z(zv)37200YFa2.522.452.402.352.322.282.242.222.202.182.142.122.06YSa1.6251.651.671.681.701.731.751.771.781.791.831.8651.97 注：1）基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為=20 2）對內(nèi)齒輪：當(dāng)=

11、20 由表查得；.查取應(yīng)力校正系數(shù)；由表查得；.計算大、小齒輪的并加以比較； 大齒輪的數(shù)值較大。.設(shè)計計算 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)0.48并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù)，取。 (4).幾個尺寸計算1.計算分度圓直徑 2.計算中心距 3.計算齒輪寬度 取，。各齒輪的參數(shù)如下：B齒輪 Z=33 分度圓直徑D=16.5mm 模數(shù)m=0.5 齒輪寬度D

12、齒輪 Z=119 分度圓直徑D=59.5 模數(shù)m=0.5 齒輪寬度 由于轉(zhuǎn)軸中的小齒輪如果滿足彎曲及疲勞強(qiáng)度的話，同軸上的其他齒輪無需進(jìn)行強(qiáng)度校核，設(shè)定其他齒輪參數(shù)如下：E齒輪 Z=24 分度圓直徑D=20mm 模數(shù)=1.25 齒輪寬度B=8mmF齒輪盤 Z=113 模數(shù)=1.25 齒輪寬度B=8mm 2.能量利用率及效率的計算1.本設(shè)計的能量轉(zhuǎn)換路線如下重力勢能原動輪動能齒輪動能驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向其中轉(zhuǎn)換的步驟越少，其能量的損失越小。2. 效率分析小車的總效率，包括機(jī)械傳動效率和能量轉(zhuǎn)化效率本設(shè)計中重物的下降時勻速的繩帶動原動輪轉(zhuǎn)動，可看做帶傳動效率 =0.95齒輪傳動從齒輪設(shè)計的角度講，影響齒輪傳動效率的因素主要是嚙合角的大小和齒根滑動率的大小。另外，齒輪加工精度、齒面粗糙度、裝配等，都可以影響到齒輪傳動效率的。=0.98得出其機(jī)構(gòu)的總機(jī)械率大約為=0.823.最遠(yuǎn)距離的計算根據(jù)路徑圖科的小車在1/4個周期里面，轉(zhuǎn)過